Кристални осцилатор је кључ у дизајну дигиталних кола, обично у дизајну кола, кристални осцилатор се користи као срце дигиталног кола, сав рад дигиталног кола је неодвојив од тактног сигнала, а само кристални осцилатор је кључно дугме које директно контролише нормалан почетак целог система, може се рећи да ако постоји дизајн дигиталног кола, може се видети кристални осцилатор.

I. Шта је кристални осцилатор?

Кристални осцилатор се генерално односи на две врсте кварцног кристалног осцилатора и кварцног кристалног резонатора, а може се директно назвати и кристалним осцилатором. Оба су направљена коришћењем пиезоелектричног ефекта кварцних кристала.

Кристални осцилатор ради на следећи начин: када се електрично поље примени на две електроде кристала, кристал ће се механички деформисати, а напротив, ако се механички притисак примени на два краја кристала, кристал ће произвести електрично поље. Ова појава је реверзибилна, па коришћењем ове карактеристике кристала, додавањем наизменичних напона на оба краја кристала, чип ће произвести механичке вибрације, а истовремено ће произвести наизменична електрична поља. Међутим, ове вибрације и електрично поље које генерише кристал су генерално мале, али све док су на одређеној фреквенцији, амплитуда ће се значајно повећати, слично резонанцији ЛЦ петље коју ми, пројектанти кола, често виђамо.

II. Класификација кристалних осцилација (активне и пасивне)

① Пасивни кристални осцилатор

Пасивни кристал је кристал, генерално двопински неполарни уређај (неки пасивни кристали имају фиксни пин без поларитета).

Пасивни кристални осцилатор генерално мора да се ослања на коло такта које формира кондензатор оптерећења да би генерисао осцилујући сигнал (синусни таласни сигнал).

② Активни кристални осцилатор

Активни кристални осцилатор је осцилатор, обично са 4 пина. Активном кристалном осцилатору није потребан интерни осцилатор процесора да би произвео правоугаони сигнал. Напајање са активним кристалом генерише тактни сигнал.

Сигнал активног кристалног осцилатора је стабилан, квалитет је бољи, а начин повезивања је релативно једноставан, грешка прецизности је мања него код пасивног кристалног осцилатора, а цена је скупља од пасивног кристалног осцилатора.

III. Основни параметри кристалног осцилатора

Основни параметри општег кристалног осцилатора су: радна температура, вредност прецизности, одговарајући капацитет, облик паковања, фреквенција језгра и тако даље.

Основна фреквенција кристалног осцилатора: Избор опште кристалне фреквенције зависи од захтева фреквентних компоненти, као што је MCU генерално опсег, већина којих је од 4M до десетина M.

Тачност вибрација кристала: тачност вибрација кристала је генерално ±5PPM, ±10PPM, ±20PPM, ±50PPM итд., високопрецизни чипови сатова су генерално унутар ±5PPM, а општа употреба ће бити око ±20PPM.

Подударање капацитета кристалног осцилатора: обично подешавањем вредности подударног капацитета, фреквенција језгра кристалног осцилатора може се променити, а тренутно се ова метода користи за подешавање високопрецизног кристалног осцилатора.

У систему кола, линија брзог тактног сигнала има највећи приоритет. Линија тактног сигнала је осетљив сигнал и што је фреквенција већа, потребна је краћа линија како би се осигурало да је изобличење сигнала минимално.

Сада је у многим колима фреквенција кристалног такта система веома висока, тако да је енергија ометања хармоника такође јака. Хармоници ће се изводити из улазних и излазних линија, али и из свемирског зрачења. Ако распоред PCB-а кристалног осцилатора није разуман, лако ће изазвати проблем са јаким расејаним зрачењем, а када се једном произведе, тешко га је решити другим методама. Стога је веома важно да се распоред кристалног осцилатора и CLK сигналне линије правилно постави на PCB плочу.